文物保护建筑勘察特点及工程实例

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共舞台地处上海市黄浦区延安东路433号,属大世界游乐场的一部分,1989年9月被列为上海市第一批优秀历史建筑,并被上海市人民政府公布为上海市文物保护单位,保护要求为三类。共舞台为欧式仿古风格建筑,建成于1930年。共舞台由英国人设计,原为三层现浇钢筋混凝土框架结构,楼、屋面板均为现浇楼板,采用非承重砌体砖墙进行填充和分隔。近80年来,经过多次改造和扩建工程之后,该房屋的建筑和结构平面布置与原设计图纸相比,均有了较大的改动。1 房屋勘察1.1 房屋现场测绘由于该建筑原始设计图纸部分缺失,又经历了多次改造扩建工程,故必须首先对其进行全面精确的现场测绘。测绘工作采用索佳set2000无棱镜反射全站仪及配套设备,在共舞台内外部各布设了一条闭合导线。依据房屋内部布设的导线闭合环,利用极坐标法采集共舞台剧场各层内部轮廓线和室内各立柱角点的坐标。再将坐标数据传输到计算机,利用南方CASS进行地形图绘制,最后得到共舞台房屋的内外轮廓边线图,房屋内外轮廓线的测绘结果将成为准确绘制共舞台最新建筑图和结构图的重要依据。1.2 房屋倾斜及不均匀沉降测量测量结果表明:共舞台房屋整体基本呈现向北倾斜的趋势。测量的各柱向北方向的最大倾斜率为3-3‰,向东方向的最大倾斜率为2-9‰,向西方向的倾斜率为2-4‰,均在(GB50007-2002)《建筑地基基础设计规范》[2]允许的4‰范围内。屋面相对不均匀沉降测量成果图如图1所示。由图可见:该房屋最大相对沉降值为225mm,西北角部的P1点为整个建筑的最低点,南方角部的P5点为最高点,整个房屋基本呈现东南高西北低的趋势。这一结果与房屋倾斜趋势基本一致。2 房屋结构复核与损伤状况的检测2.1 房屋结构复核现场调查复核了共舞台房屋结构的布置情况,并抽样检测了构件几何尺寸及构件配筋情况。结果表明:该房屋主要梁、板、柱构件的实际尺寸和配筋情况与原设计图纸基本吻合;主要梁、板、柱构件的混凝土保护层厚度平均值为30mm,基本符合现行规范规定的要求。2.2 房屋损伤状况检测由于该房屋2005年曾进行过修缮和加固,因此重点保护部位(外貌)状况基本良好,结构外观亦无明显的破损。房屋室内墙体、门窗、管道等尚未发现有较明显的损坏现象,也没有发现房屋原结构表面出现明显的裂缝情况,仅在走廊的厕所部位局部存在墙面、楼板渗水、粉刷层剥落的现象。少量屋面板底面因年代久远局部出现混凝土保护层剥落和钢筋外露锈蚀的现象。屋顶状况基本良好,尚未发现严重的屋面渗水现象。3 房屋结构耐久性检测对房屋的混凝土碳化和钢筋截面锈蚀进行了检测。在该房屋各层不同部位的梁柱上取出了12个混凝土芯样,采用浓度为1%的酚酞溶液测试混凝土碳化深度,结果表明:混凝土结构构件的碳化深度(34~74mm)已超过混凝土保护层厚度(平均值为30mm),达到了主筋所在位置。现场采用剔凿检测方法测试钢筋的锈蚀状况,利用高精度电子游标卡尺对钢筋在锈损后的有效直径(或边长)进行了测量,并分析钢筋截面锈蚀率,结果表明:未外露钢筋凿开保护层后,发现钢筋表面锈蚀,平均锈蚀率为7-3%。4 房屋主要材料强度的检测遵循保护性建筑应优先采用无破损检测手段的原则,采用超声回弹综合法对该文物建筑的梁柱混凝土强度进行检测,并钻取了混凝土芯样,采用芯样测试结果对非破损检测结果进行修正。结果表明:该房屋的混凝土强度离散性较小,但强度偏低。各层梁柱混凝土强度的推定值在14-9~15-6MPa之间,标准差为0-277MPa,混凝土的最终强度等级可以推定为C15。采用里氏硬度法对结构构件的钢筋强度进行现场抽样检测,推定该房屋结构构件主筋的强度设计值为295MPa,但考虑到20世纪30年代的钢筋强度是介于一级钢和二级钢之间,为安全起见,建议该文物建筑在以后的修缮加固及改建工程中采用现行规范的HPB235级钢筋进行设计计算。共舞台房屋的框架填充砖墙采用烧结粘土实心青砖,现场采用回弹法对其强度进行了抽样测定,结果表明:烧结粘土实心青砖的强度等级为MU7-5。由于共舞台房屋建造年代久远,采用回弹法对砂浆强度进行测试时,砂浆已经风化呈粉状,无法测得其强度值。5 房屋结构安全性分析5.1 上部结构承载力验算该建筑原始设计无抗震设防的考虑,根据现场实测得到的主要材料强度,按不考虑抗震设防的要求,利用PKPM软件中的SATWE模块对该建筑的上部结构进行承载力验算和配筋量的校核。经验算,在房屋现有的使用条件下,上部结构大部分承重构件的承载能力能满足要求;但是仍有很多梁、柱构件出现了超筋现象、配筋量达不到承载力要求,或框架柱的轴压比超限,对于这些不满足承载力要求的构件需作相应的加固处理。5.2 地基及基础承载力分析该建筑基础主要采用柱下钢筋混凝土独立基础,只在走廊部位和门厅部位采用了少数几个柱下联合基础。由于该房屋建造已有近80年的历史,基础的沉降已基本完成,房屋的倾斜率也不大,可以认为现阶段该建筑的地基承载力和变形满足使用要求。根据业主提供的装修预案,共舞台经修缮后将恢复原来的框架结构体系(2005年的大修工程将该文物建筑原来的框架结构体系变为了混合结构体系),不改动外立面,不增加荷载。未来的使用功能变化也不大,主要是将剧场改做演播厅。房屋建筑布置与目前也基本保持相同,几次大修中增建的部分将全部拆除,以恢复该文物建筑的原貌。因此,该建筑未来的使用荷载将会不变甚至减小。故地基无须作特殊的处理,地基及基础应能满足未来使用荷载下的承载力和变形要求。6 房屋结构抗震性能分析共舞台是建于Ⅳ类场地土、7度抗震设防区域的框架结构,建筑平面不规则。由于建造年代较早,设计时没有考虑抗震设防的要求,故其抗震构造有许多不能满足现行有关抗震规范的要求。根据DBJ08-81-2000《现有建筑抗震鉴定与加固规程》的规定对其进行一级抗震鉴定,结果表明:该文物建筑的综合抗震能力不满足第一级鉴定要求。根据规程第4-2-6条款,该建筑可不再进行第二级抗震鉴定,但应对房屋采取加固或其他相应措施来提高其抗震性能。7 文物保护建筑勘察的特点在对上海共舞台勘察工程实例分析的基础上,笔者将文物保护建筑的勘察与一般的房屋质量检测进行了仔细对比,认为前者的特点主要表现在以下几个方面:(1) 文物保护建筑一般都有几十年乃至上百年的历史,其图纸、资料等缺失严重,又常经历过多次的改造扩建工程,故往往要首先对其进行全面精确的现场测绘工作,其测绘结果将成为准确绘制建筑图和结构图的重要依据。(2) 文物保护建筑因其特殊的历史、文化、科学价值,应首先对其建筑文脉、建筑历史沿革、建筑风格及特色等进行充分调研,在不破坏其重点保护部位的前提下,对其开展全面而又细致的勘察工作,为以后的修缮和改建提供有力的依据,以使文物建筑得到最大限度的保护。(3) 对文物保护建筑进行勘察时,除了应满足一般房屋质量检测的相关规范要求之外,还必须遵守国家级别的保护法规(如《文物保护法》、《文物保护法实施条例》、《文物保护工程管理办法》等)和地区性的保护法规(如《上海市优秀近代建筑保护管理办法》)。但同时,实践也证明,文物保护建筑的勘察工作仍然缺乏更细致全面、可操作性强的法规。因此,需要加快完善法规、制订相关的行业标准,例如:制订《文物保护建筑工程勘察设计标淮》等,以此详细规范对勘察文件的编制和深度要求。(4) 文物保护建筑的勘察过程中往往会遇到许多问题,如:结构承载力、抗震性能与文物保护之间存在矛盾;勘察范围、手段受限制往往引起测绘困难、误差甚至错误,而建筑和结构上的测绘误差和错误又会对后面的设计计算工作造成很大的影响,导致不得不反复进行复核、补测。因此,相比一般的房屋质量检测,其工作难度、工作量和工作周期将大大增加。